Hallo Leute,
Man kann durchaus die Lichtbrechung in einfacher Sprache ausdrücken.
Ich bin mal so nett und versuche das hier:
Im Vakuum (z.B. Weltraum) breitet sich das Licht ungebremst aus. Hier hat es die maximal mögliche Geschwindigkeit, nämlich Lichtgeschwindigkeit (Symbol= kleines c) mit knapp 300.000 km pro Sekunde, das ist fast bis zum Mond oder knapp 8x um die ganze Erde.
In durchsichtiger Materie, z.B. klares Glas, Kunststoff, oder Wasser, wird das Licht gebremst.
Auch in Luft wird das Licht ein klein wenig gebremst, bewegt sich also nicht ganz mit c.
Wenn Licht schräg auf eine Oberfläche = "Grenzschicht" trifft, wird es abgelenkt, d.h. breitet sich nicht auf geradem Weg aus, sondern in einem bestimmten Winkel. Diese Ablenkung wird direkt vom Abbremsen des Lichts verursacht. Man nennt sie auch Lichtbrechung oder Refraktion.
Es gibt ein lustiges Experiment, um die Lichtbrechung zu simulieren:
Mehrere Leute haken sich an den Armen ein und gehen nebeneinander mit gleicher Geschwindigkeit. Das ist die ankommende Lichtwelle.
Sie gehen im schrägen Winkel auf eine gerade Linie auf dem Boden zu. Das kann auch ein Übergang Asphalt/Sand oder etwas ähnliches sein.
Nach Überschreiten der Linie geht jeder Einzelne nur noch in langsamen Trippelschritten. Wenn die Reihe von Leuten schräg auf die Linie zumarschiert, wird sie an der Linie abgelenkt, genau wie das Licht beim Eintritt in Glas.
Wie stark der "Knick" ist, hängt davon ab, wie stark das Licht abgebremst wird => "je langsamer, desto Knick[:)]". Die genaue Zahl der Verlangsamung wird mit dem Brechungsindex angegeben. Das hört sich sehr kompliziert an, ist aber ganz einfach die Lichtgeschwindigkeit geteilt durch die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichts im Material. Damit kann man auch den Winkel der Lichtbrechung ausrechnen.
Warum entstehen nun die Farben des Regenbogens an einem Prisma?
Das liegt daran, dass Licht mit unterschiedlicher Wellenlänge (= verschiedene Farben) in Materie nicht ganz genau gleich stark abgebremst wird. Bei langwelligem Licht(= weniger Energie, Richtung rot) ist die Abbremsung geringer als bei kurzwelligem Licht (mehr Energie, Richtung blau).
Mit einem Keil aus Glas (= Prisma) kann man deshalb gemischtes Licht in seine Bestandteile zerlegen. Das weiße Sonnenlicht erzeugt alle Regenbogenfarben. Sehr spannend ist es, verschiedene Lichtquellen, z.B. Leuchtstoffröhre/Energiesparlampe, Glühbirne, Bildschirm vom Mobiltelefon, LED-Lampe und Kerze zu vergleichen.
Wenn man mit Linsen ein Bild erzeugen möchte, sollen die Farben aber nicht getrennt werden, sonst bekommt man Bilder mit bunten Rändern. Das sieht zwar vielleicht schön bunt aus, man kann aber weniger erkennen.
Zum Glück gibt es Glassorten mit unterschiedlichen Eigenschaften.
Wenn man zwei oder mehr Linsen aus bestimmten Glassorten geschickt hintereinander kombiniert, ist es möglich, die Farbtrennung so gering zu halten, dass sie nicht stört.
Der erste, der das sehr genau geschafft hat, war Josef Fraunhofer.
Er hat eine einfache Glaserlehre gemacht, war aber sehr wissbegierig und hat sich z.B. aus Büchern sehr viel selbst beigebracht und durch eigene Experimente neue Erkenntnisse gewonnen, die noch in keinem Buch aufgeschrieben waren. Deshalb konnte er auch als erster ziemlich gute Linsenteleskope bauen, die es in dieser Bauart für Hobbyastronomen heute immer noch zu kaufen gibt.
Zu seiner Zeit haben die besten Astronomen seine Teleskope zur Erforschung des Weltalls benutzt, und z.B. herausgefunden, dass die nächstgelegenen Sterne mehrere Lichtjahre entfernt sind.
Fraunhofer hat auch als erster das Sonnenlicht so gut in Farben zerlegt, dass er ein Muster von vielen Linien darin entdeckt hat.
Später haben die Forscher herausgefunden, dass diese Linien praktisch Fingerabdrücke von chemischen Elementen in den Sternen sind.
Wenn man sie genau untersucht, kann man herausfinden, woraus die Sterne bestehen.
So, das soll erst mal genügen.
Ich denke, in der richtigen Aufmachung mit bunten Bildern, oder sogar Live-Vorführungen, kann man das schon Kindern ab ca. 8 Jahren zumuten.
Gruß,
Martin
